Российские ученые учат иммунные клетки бороться с раком прямо в организме
Научно-технологический университет «Сириус» приступил к реализации проекта, который способен оказать существенное влияние на развитие персонализированной медицины в России. Суть предлагаемой технологии заключается в модификации собственных иммунных Т-лимфоцитов пациента таким образом, чтобы они могли эффективно уничтожать раковые клетки.
В отличие от существующих терапевтических подходов, требующих проведения сложных лабораторных процедур с клетками, специалисты «Сириуса» разрабатывают метод, который позволит модифицировать Т-лимфоциты непосредственно внутри человеческого организма для борьбы с онкологией. На текущем этапе исследования достигнуты важные предварительные результаты, демонстрирующие высокую способность измененных клеток разрушать опухоли в лабораторных условиях. Этот прогресс открывает перспективы для создания более доступных, оперативных и безопасных методов лечения раковых заболеваний.
Онкологические заболевания остаются одной из основных причин высокой смертности в России. Эта проблема усугубляется старением населения и распространением факторов риска, включая хронические заболевания пищеварительной системы, несбалансированное питание, недостаточную физическую активность и воздействие канцерогенных веществ. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире выявляется свыше 18 миллионов новых случаев рака, и это число продолжает увеличиваться.
Одним из наиболее перспективных направлений в онкотерапии является CAR-T-терапия. Этот инновационный подход основан на генетической модификации собственных Т-лимфоцитов пациента. В клетки вводится искусственный рецептор (CAR), который позволяет им специфически распознавать и атаковать определенные типы опухолевых клеток. Таким образом, модифицированные лимфоциты пациента приобретают способность целенаправленно уничтожать раковые клетки, не нанося вреда здоровым тканям.
Традиционно этот процесс модификации был многоэтапным и проводился вне организма: иммунные клетки выделялись из крови пациента, подвергались генетическим изменениям в специализированной лаборатории, а затем вводились обратно. Этот метод пока не получил широкого распространения в клинической практике из-за его сложности, необходимости дорогостоящего высокотехнологичного оборудования и значительных временных затрат.
Для преодоления этих ограничений ученые из Научного центра трансляционной медицины Научно-технологического университета «Сириус» работают над созданием технологии, позволяющей «обучать» Т-лимфоциты бороться с раком непосредственно внутри тела пациента. Это позволит сделать лечение быстрее, дешевле и безопаснее.
Исследователи оснащают Т-клетки специальным «датчиком» — химерным антигенным рецептором (CAR), который помогает им идентифицировать опухолевые клетки по характерным маркерам на их поверхности. В качестве одной из мишеней был выбран специфический белок (CD19), присутствующий на поверхности злокачественных В-лимфоцитов, вызывающих лимфому — разновидность рака крови и лимфатической системы. CAR-T-клетки были разработаны таким образом, чтобы узнавать белок CD19 и уничтожать только те клетки, на которых он экспрессируется. Другой перспективной мишенью стали маркеры плазматических клеток крови. Их злокачественное перерождение приводит к развитию множественной миеломы — редкой, но тяжелой формы рака крови.
Специалисты внедрили в Т-лимфоциты временную генетическую «инструкцию» в формате мРНК, которая учит их распознавать и атаковать раковые клетки. Эта инструкция запускает синтез особого белка — CAR-рецептора, позволяющего клеткам находить опухоли по специальной метке и уничтожать их. После выполнения задачи инструкция сама по себе деградирует, оставляя клеткам лишь временную способность к такому распознаванию. Разработанный подход позволяет направленно активировать иммунитет против рака без необходимости сложных процедур извлечения и модификации клеток вне организма. Полученные таким методом клетки успешно уничтожали опухолевые клетки в лабораторных условиях, что подтвердило жизнеспособность идеи ученых и дало возможность перейти к дальнейшим этапам исследований.
«Мы продемонстрировали, что временное перепрограммирование иммунных клеток с использованием мРНК повышает их способность быстрее и эффективнее уничтожать раковые клетки. Наш следующий шаг — проверить работу этого метода в организме человека, а не только в пробирке. В случае успеха это станет значимым прорывом в лечении рака, делая терапию более точной и адаптированной под каждого пациента», — прокомментировал Максим Баранов, PhD, ведущий научный сотрудник направления «Медицинская биотехнология» Научного центра трансляционной медицины Научно-технологического университета «Сириус».
Проект осуществляется в рамках государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».
Максим Баранов, PhD, ведущий научный сотрудник направления «Медицинская биотехнология» Научного центра трансляционной медицины Университета «Сириус», ответил на вопросы:
— В чем заключается суть нового метода CAR-T-терапии, разрабатываемого в «Сириусе»?
— Наш проект в университете «Сириус» нацелен на создание вирусных и невирусных систем для формирования CAR-T-клеток непосредственно в организме пациента (in vivo). Ключевая идея метода — доставка генетической информации для создания химерных антигенных рецепторов (CAR) в Т-лимфоциты без их извлечения и модификации вне тела. Мы используем два основных подхода: лентивирусные векторы с CAR-кассетой и белковым «декором» (scFv или мультидоменные комплексы) для целевой доставки в Т-клетки, а также липидные наночастицы (LNP), содержащие мРНК, кодирующую CAR, также с белковой оболочкой для специфического связывания с Т-лимфоцитами. Это позволяет программировать Т-клетки для распознавания рака прямо в организме, упрощая процесс и снижая стоимость по сравнению с классической ex vivo CAR-T-терапией.
— Чем отличается технология «Сириуса» от существующих методов CAR-T-терапии?
— Традиционная CAR-T-терапия включает выделение Т-клеток пациента, их генетическую модификацию в лаборатории и последующее введение, что является дорогостоящим и занимает много времени. Наша разработка позволяет генерировать CAR-T-клетки in vivo, исключая этап извлечения. Мы применяем лентивирусные векторы и LNP с мРНК, которые избирательно нацеливаются на Т-клетки благодаря поверхностным белкам, взаимодействующим с Т-клеточными маркерами. Основное отличие — возможность прямой модификации Т-клеток в организме, что упрощает производство, снижает затраты и ускоряет подготовку терапии. Более того, метод с мРНК обеспечивает временную активность CAR, минимизируя риски побочных реакций, таких как цитокиновый шторм (CRS) или нейротоксичность (ICANS).
— Какие преимущества дает модификация Т-лимфоцитов внутри организма по сравнению с традиционным подходом?
— Модификация Т-лимфоцитов in vivo открывает новые горизонты в лечении онкологических заболеваний. Этот подход устраняет необходимость в сложных и продолжительных лабораторных процедурах, сокращая время подготовки терапии с нескольких недель до нескольких дней. За счет исключения дорогостоящих этапов культивирования и изменения клеток вне тела существенно снижается стоимость лечения, делая его более доступным. Важным преимуществом является повышенная безопасность: использование мРНК гарантирует лишь кратковременную активность CAR-рецепторов (обычно 48–72 часа), что снижает вероятность развития цитокинового шторма, нейротоксичности и отдаленных побочных эффектов. Технология липидных наночастиц (LNP) позволяет гибко подбирать дозировку и частоту введения, обеспечивая персонализированный подход. Кроме того, in vivo модификация обладает высокой масштабируемостью и может быть адаптирована для лечения большого числа пациентов без необходимости создания уникального клеточного продукта для каждого.
— На какие виды рака в первую очередь нацелена новая терапия?
— На данном этапе мы сосредоточены на злокачественных заболеваниях крови. Приоритетное направление — В-клеточные лимфомы, в частности диффузная крупноклеточная В-клеточная лимфома (DLBCL) и острый лимфобластный лейкоз (ALL), где мы используем CAR, нацеленные на CD19. Для этого проводятся тесты на клеточных линиях NALM6 (модель ALL), Daudi и Raji (модели DLBCL и других В-клеточных лимфом), а также на сингенных мышиных моделях с модифицированной линией EL4 (hCD19). Второе направление — множественная миелома, с таргетингом BCMA. Здесь мы работаем с клеточной линией RPMI 8226 (модель множественной миеломы) и сингенными моделями мышей с A20 (hBCMA). В дальнейшем мы планируем расширить исследования на солидные опухоли, такие как рак легкого, поджелудочной железы или печени, где CAR-T-терапия уже продемонстрировала потенциал в доклинических испытаниях.
— Как именно Т-лимфоциты обучаются распознавать раковые клетки?
— Т-лимфоциты программируются для распознавания опухолей с помощью химерных антигенных рецепторов (CAR), которые мы вводим в клетки посредством лентивирусных векторов или мРНК. Для В-клеточных лимфом мы используем CAR второго поколения на основе scFv FMC63, специфичного к CD19, с дополнительными ко-стимулирующими доменами CD28 или 4-1BB для усиления активации Т-клеток. Для множественной миеломы мы исследуем несколько CAR-конструктов, в том числе с VHH-доменами, обеспечивающими высокую специфичность к BCMA. Эти рецепторы позволяют Т-клеткам находить антигены на поверхности раковых клеток и запускать процесс их уничтожения. Мы также изучаем возможность совместного введения мРНК CAR с цитокинами (IL-2, IL-7, IL-8, IL-15) для усиления активации и размножения Т-клеток.
— Почему ученые использовали мРНК для временного программирования клеток? Какие у этого плюсы и минусы?
— Использование мРНК обусловлено ее безопасностью, обратимостью и простотой производства. Она позволяет временно производить CAR в Т-клетках (максимальная экспрессия достигается в первые 48 часов, затем снижается к 72 часам), что снижает риск развития цитокинового шторма, нейротоксичности и формирования вторичных опухолей, характерных для методов с постоянной экспрессией CAR. К другим преимуществам относится возможность замораживания клеточного продукта на пике экспрессии CAR, гибкость введения (возможность повторных инъекций LNP для достижения оптимального эффекта) и относительная доступность производства мРНК. Главный недостаток — ограниченная продолжительность экспрессии, что может потребовать повторных введений для поддержания терапевтического эффекта. Однако это также обеспечивает контролируемость и обратимость терапии, снижая долгосрочные риски.
— Какие еще маркеры раковых клеток рассматриваются для применения в этой терапии?
— Помимо CD19 для В-клеточных лимфом и BCMA для множественной миеломы, мы изучаем возможность нацеливания на CD20 и комбинации маркеров (например, CD19/CD20, BCMA/CD19) для повышения эффективности и расширения применения терапии, в том числе при аутоиммунных заболеваниях. В перспективе мы планируем исследовать новые перспективные маркеры В-клеток, но пока не раскрываем подробностей. Для солидных опухолей в будущем могут быть рассмотрены такие маркеры, как EGFR, HER2 или GPC3, в зависимости от результатов дальнейших исследований.
— Можно ли будет применять эту технологию для других видов рака, помимо лимфомы и миеломы?
— Да, технология обладает потенциалом для применения при других типах рака. Помимо заболеваний крови, мы рассматриваем возможность воздействия на В-клетки при аутоиммунных заболеваниях. В случае солидных опухолей (например, рак легкого, поджелудочной железы, печени или глиобластома) CAR-T-терапия уже показала определенный успех в доклинических и ранних клинических исследованиях с использованием таких маркеров, как EGFR, HER2 и мезотелин. При успешном подтверждении эффективности на моделях диссеминированного рака, мы планируем адаптировать наши платформы для тестирования на моделях солидных опухолей, используя сингенные и ксенотрансплантационные модели.
— Как «Сириус» поддерживает такие исследования?
— Университет «Сириус» предоставляет передовую научно-исследовательскую инфраструктуру, включающую лаборатории для молекулярной биологии, работы с клеточными культурами и проведения доклинических испытаний на животных. Мы получаем поддержку через гранты и программы развития биотехнологий, а также имеем доступ к международным партнерствам и экспертам в области иммунотерапии. «Сириус» активно способствует интеграции фундаментальных и прикладных исследований, что позволяет нашей команде проводить исследования от уровня клеточных культур (in vitro) до моделей на животных (in vivo) и готовиться к клиническим испытаниям.
